JPS63107688A - 岩盤破砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、石、岩、コンクリート等の硬質対象物を破砕
するための岩盤破砕装置に関し、さらに詳しくは硬質対
象物に穿孔した孔に破砕部を挿入し、孔内周面に力を作
用させて岩盤を破砕する岩盤破砕装置に関するものであ
る。

（従来技術） 従来の、岩盤に穿孔した孔の孔内周面に力を作用させて
岩盤を破砕する岩盤破砕装置は、孔内周面に押圧力を作
用させるものであった９例えば、実開昭５９−１４８９
３の第４図で示す様な、テーパをもった軸とクサビを孔
内で摺動させて押圧力を作用させるものや、昭和５９年
１２月１０日付の日経産業新聞「建設ハイテク情報」の
図で示す様な、ウレタンゴムを孔内で圧縮させて押圧力
を作用させるものであった。それら従来例を図７，８に
示す。

しかしながら、押圧力を作用させて岩盤を破砕するには
、多大な力を必要とした。それは岩は、引張応力には弱
いが、圧縮力には強いからである。通常の岩の圧縮強度
は、引張強度の７〜１５倍である。従来の様に岩盤中の
孔に押圧力を作用させた場合、押圧力を受けた岩の部分
には圧縮応力が（至）き、押圧力を受けた岩の周辺部分
にはせん断応力が働く、大まかに言えば従来の岩盤破砕
方法は、圧縮応力とせん断応力で岩を破砕していたわけ
である。

ところが岩盤中に引張応力を作用させることが出来れば
、圧縮による破砕に比べ１７７〜１／１５の力で済むこ
とになる。

（解決しようとする問題点） 本発明は、岩盤を効率的に破砕するように、孔の周囲に
引張応力を生じさせることを問題点とする。

（解決するための手段） 岩盤に穿孔した孔に破砕部を挿入し、その破砕部を拡幅
して孔内に固定しなうえで、破砕部を引き出す方向に力
を加えることによって、岩盤に引張応力を生じさせて破
砕するように装置を構成することを主旨とし、 その手段は、伸縮自在な部材を円筒状にした拡幅部材と
、円筒部材と、を軸に係合し、この軸の先端部と拡幅部
材の先端、拡幅部材の後端と円筒部材の先端をそれぞれ
接合して破砕部を構成し、この破砕部の円筒部を軸に沿
って摺動させる拡幅駆動手段と、破砕部を孔内から引張
る引張り駆動手段とを、破砕部に設けて岩盤破砕装置を
構成することである。

ここで伸縮自在な素材を円筒状にした拡幅部材とは、ゴ
ムやウレタンゴムなどの弾性部材を円筒形にしたものや
、ワイヤー、チェーン等を円筒状に編んだもの、あるい
は両者を組合わせなものが考えられる。引張り駆動手段
としては、油圧シリンダを用いて破砕部を後方から引出
すものの他に、爆薬、流体圧力等を用いて破砕部を前面
から押し出すものが考えられる。

（作用） 拡幅駆動手段が破砕部の円筒部材を摺動させると、拡幅
部材は伸縮自在ゆえにその径を変え、径を太くすれば拡
幅部材は孔内に強固に固定される、このとき拡幅部材が
孔内周面に与える押圧力は、引張り駆動手段が破砕部を
孔内から引張っても抜は出ない程度であれば足りる。

次に引張り駆動手段か破砕部を引張ると、破砕部は孔内
に強固に固定されているので、引張り駆動手段からの引
張力が孔周辺の看に伝達される。

そして岩に伝達された引張応力が贅の強度を超えると、
岩盤は破砕される。

（実施例） 本発明の実施例を図１を参照として説明する。

第１の実施例は、拡幅駆動手段、引張り駆動手段として
油圧シリンダを用いたものである。

円筒状にワイヤーを編んだ拡幅部材１と、円筒形の円筒
部材２を、先端部の径が太い軸３に係合し、ＩＩＩｔｈ
３の先端部と拡幅部材１の先端部、拡幅部材１の後福部
と円筒部材２の先端部をそれぞれ接合して破砕部４を構
成する。

拡幅駆動手段は、２つの拡幅用シリンダ５．５を破砕部
４の軸３の側部に沿って固定し、拡幅用ピストンウッド
６．６の先端を円筒部材２の後端に接合して構成する。

そして拡幅駆動手段を備えた破砕部４の後端に、引張り
用シリンダ７を接合して、岩盤破砕装置を構成するもの
である。引張り用シリンダ７は、引張り駆動力の反力を
充分に支持しつる適宜自走手段に接続されるものとする
。

続いて図２ａから２０を参照として、第１の実絶倒の作
動を説明する。まず図２ａの様にあらかじめ岩盤８に穿
孔した孔９に、拡幅用シリンダ５．５を収縮させた状態
で挿入する０次に図２ｂの様に拡幅用シリンダ５．５を
伸長させることによって拡幅部材１を拡幅させ、破砕部
４を孔内に固定する。そして図２Ｃの様に引張り用シリ
ンダ７を収縮させることによって、破砕部４を孔内から
引張り、孔９の周辺の岩に引張応力を生じさせ、岩盤８
を破砕する。以後、穿孔作業と図２ａ〜２Ｃの破砕作業
を繰返していくものである。破砕作業では、拡幅部材１
のＰ？ｉ粍が激しいので、図１の様なワイヤーを用いた
ものか、弾性部材の周囲を円筒状ワイヤー材で包んだも
のが適している。

本装置による引張応力による岩盤破砕は、岩を大きな塊
として破砕するので、より掘削効率が高い、このことを
ｆ！ｉｌ−に説明すると、掘削に要するエネルギは、岩
を破断させるのに要する力と、岩の破断面積との積とし
て概算される。ゆえに同じ体積の岩盤を破砕する場合で
も、岩を粉にして研削すれば多大なエネルギを要し、埋
として破砕すれば少しのエネルギで済む。そして本装置
による一″；盤破砕の様に、塊は大きければ大きいはど
堀ｒｉｌｌ効率が高くなるわけである。

また引張応力による岩盤破砕は、トンネル掘削において
さらに掘削効率が高まる理由をもつ。それはトンネル掘
削を行う岩盤にはその深度に応じて土庄という内部応力
が作用しており、その内部応力が引張応力による岩盤破
砕を助けるように仔力くからである９ 次に第２の実施例を図３を参照として説明する。第１の
実施例と共通するものには、共通の符号を付した。第２
の実施例は、引張り駆動力を衝撃的に加えるように引張
り駆動手段な構成したものである。

破砕部４と拡幅駆動手段の楕或は、第１の実施例と同に
である。その破砕部４の後端に、前後にフランジ１０．
１０をも・つ衝撃用軸１１を接合し、この衝撃用軸１１
には衝撃用円筒部材１２を摺動可能に係合し、衝撃用円
筒部材１２に引張り用シリンダ７゜７を接合して岩盤破
砕装置を構成するものであるこの構成の岩盤破砕装置は
、引張り駆動時に引張り用シリンダ７．７を収縮しても
、最初は衝撃用円筒部材１２が衝撃用軸１１上を慴動し
、後に衝撃用円筒部材１２が後方の７ランジ１０に衝突
した時点で衝撃的な引張り力を破砕部４に伝えるもので
ある。岩は弾性、塑性に乏しく、脆性破壊しやすいので
、破砕にはこの様なｆｒ撃的な力が有効なわけである。

次に第３の実施例を図４を参照として説明する。第１の
実施例と共通するものには、共通の符号を付した。第３
の実施例は、岩！８に孔９をあける掘削１段を岩盤破砕
装置に加えたものである。

破砕部４と拡幅駆動手段の構成は、軸３を除いて第１の
実施例と同じである。この破砕部４の後端に引張り用フ
レーム１３を接合し、この引張り用フレー１８１３には
引張り用シリンダ７．７を接合し、引張り用シリンダ７
．７は支持フレーム１４に固定する。ここで破砕部４の
軸３には穴が貫通しており、引張り用フレーム１３にも
一貫した穴がおいているものとする９支持フレーム１４
の中央部にはモータ１５を設置し、このモータ１５から
破砕部４＠方にまで掘削軸１６を穴に貫通させる。そし
て堀削軸１６の先端には、掘削ヘッド１１を固定して、
岩盤破砕装置５：構成するものである。掘削ヘッド１７
は、掘削した岩の排土の為に、破砕部４よりも少し径を
大きいものとする。

次に第３の実施例の作動の概要を説明する。まずモータ
１５を駆動して掘削ヘッド１１を回転させて、岩Ｉ！１
８に孔９を穿孔する。穿孔後、装置全体を一度引抜いて
排土するか、あるいは引抜かずにそのままで、拡幅用シ
リンダ５．５を伸長させ破砕部４を孔内に固定する。そ
して引張り用シリンダ７．７を収縮させ、破砕部４を孔
内がら引張り、孔９の周辺の岩に引張応力を生じさせ、
岩盤を破砕する。このとき第１．２の実施例と異なり、
第３の実施例の岩盤破砕装置は、引張り駆動力の反力を
掘削ヘッド１１で受ける。ゆえに孔周辺の岩に発生する
引張応力は２倍になり、効果的な岩盤破砕が出来る。ま
た岩盤破砕装置を支持する支持機構には反力がかからな
いので、支持Ｒ横を簡易化できる。

次に第４の実施例を図５を参照として説明する。第１の
実施例と共通するものには、共通の符号を付した。第４
の実施例は、引張り駆動手段として爆薬による圧力を用
いるものである。

破砕部４と拡幅駆動手段の横或は、軸３と拡幅部材１以
外は第１の実施例と同じである。拡幅部材ｌは、前部を
円筒形のウレタンゴム材１８で、後部を円筒状に編んだ
ワイヤー材１９とし、ウレタンゴム材１８とワイヤー材
１９との間にはカラ一部材２０を介し、それら萌後同士
を接合して拡幅部材１を構成するものである。途中にカ
ラ一部材２０を介する理由は、拡幅部材１の型崩れ防止
の為である。

破砕部４の軸３の先端には、爆薬を保持するための爆薬
ホルダー２１を設け、爆薬ホルダー２１には爆薬に点火
するための点火プラグ２２を設ける。点火プラグ２２に
は電線２３を接続し、軸３を貫通した穴に通して、後方
の点火スイッチ２４にまで接続する。そしてこの拡幅部
材１の破砕部４に、爆薬による引張り駆動手段を組合わ
せて岩盤破砕装置を構成する。

次に第４の実施例の作動の概要を説明する。まず爆薬ホ
ルダー２１に爆薬を設置する。そしてあらかじめ穿孔し
である孔に、この岩盤破砕装置を挿入する。挿入は、爆
薬ホルダー２１が孔の先端に当たるまで押込む、このと
き爆薬ボルダ−２１の長さ分の空間が先端に空くわけで
ある。次に拡幅用シリンダ５，５を伸長させ、拡幅部材
１を拡幅させ、孔内に固定させる。そして点火スイッチ
２４を押して爆発させ、岩盤を破砕する９以後このよう
にして作業を繰返していくものである。

装置の作用を簡単に説明する。爆薬が爆発すると、孔先
端の空間内はとても高圧になる９この高圧の圧力が軸３
の先端に働き、破砕部４を孔から押出す力となるわけで
ある。この力が孔周辺の岩に引張応力として伝達し、岩
盤を破砕する。・また拡幅部材１は、前部がウレタンゴ
ム材１８なので孔周面に密着し、爆発時の高圧気体を漏
らさない。

因みに本構成の岩盤破砕装置に用いる爆薬は、従来の爆
薬工法に用いる爆薬よりも少量で済み、その爆発力は効
果的に岩盤破砕に消費されるので、現場周辺への影響は
少ない、つまり本構成の岩盤破砕装置の爆発力は、引張
応力とせん断力力として岩にａくのに対し、爆薬工法で
の爆発力は、圧縮応力とせん断力力として岩に働くから
である。

次に第５の実施例を図６を参照として説明する。第１の
実施例と共通するものには、共通の符号を付した。第５
の実施例は、引張り駆動手段として圧力流体を用いたも
のである。

全体の横或は、引張り駆動手段以外は第４の実施例と同
じである９その軸３には、貫通した穴がおいており、そ
の穴の先端には給水口２５を設け、後端からはホース２
６を用いてポンプ２７と接続し、ポンプ２７には水を供
給するためのタンク２ａを接続して、岩盤破砕装置を構
成するものである。もちろんホース２６もポンプ２７も
、高圧に耐え得るものとする。

第４の実施例での爆薬による圧力の代りに、流体圧力を
用いている構成であり、その作動は第４の実施例と同様
に破砕部４を孔内に固定した後、ポンプ２７を作動させ
てタンク２８内の水を破砕部４萌方の空間に送込み、高
圧状態にする。この圧力は破砕部４萌方を押し、孔周囲
の岩に引張応力を発生させ、岩盤を破砕するものである
。

（効果） 本発明の岩盤破砕装置は、効果的に岩盤に引張応力を生
じさせているので、効率的な岩盤破砕が出来る。

また本装置による岩盤破砕は、岩を大きな塊として破砕
するので、より掘削効率が高い。

【図面の簡単な説明】

Ｉ’ｌｌは本発明の第１の実施例の側面図、図２ａから
２Ｃは第１の実施例の作動を示す図、図３は第２の実施
例の側面図、図４は第３の実施例の側面図、図５は第４
の実施例の側面図、図６は第５の実施例の側面図、図７
，８は従来技術を示すものであり、図７は実開昭５９−
１４８９３号中の図１１、図８は昭和５９年１２月１０
日付の日経産業新聞「建設ハイテク情報」の図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、岩盤に穿孔した孔に破砕部を挿入し、孔内周面に力
   を作用させて岩盤を破砕する岩盤破砕装置において、 破砕部と、破砕部を拡幅させる拡幅駆動手段と、破砕部
   を引張る引張り駆動手段と、によって構成され、 この破砕部は、伸縮自在な部材を円筒状にした拡幅部材
   と、円筒部材と、を軸に係合し、この軸の先端と拡幅部
   材の先端、拡幅部材の後端と円筒部材の先端をそれぞれ
   接合してなり、 この拡幅駆動手段は、破砕部の円筒部材を軸に沿って摺
   動させるように破砕部と接続してなり、この引張り駆動
   部は、破砕部を岩盤から引抜くように破砕部と接続して
   なる、 ことを特徴とする岩盤破砕装置。 ２、破砕部の拡幅部材は、円筒形の弾性部材からなる、
   第１項記載の岩盤破砕装置。 ３、破砕部の拡幅部材は、ワイヤー、チェーンを円筒状
   に編んだものからなる、第１項記載の岩盤破砕装置。 ４、破砕部の拡幅部材は、円筒形の弾性部材を、ワイヤ
   ー、チェーンを円筒状に編んだもので包んだものからな
   る、第１項記載の岩盤破砕装置。 ５、引張り駆動手段は、孔内の破砕部前面の空間に爆薬
   を用いて高圧気体を発生させることである、第１項記載
   の岩盤破砕装置。 ６、引張り駆動手段は、孔内の破砕部全面の空間に高圧
   流体供給手段を用いて高圧流体を発生させることである
   、第１項記載の岩盤破砕装置。